(57)【要約】【課題】簡易かつ小型の駆動機構によって液体を供給でき、しかも供給の開始操作や供給速度の調節も容易に行うことができる小型液体供給装置、及びこれを備える水素発生装置を提供する。【解決手段】供給する液体１を収容する液体収容部２と、その液体収容部２を仕切るように配設される可動隔壁部３と、液体収容部２から液体１を排出する排出部５とその排出部５に設けられる排出抑制部６と、可動隔壁部３を付勢して液体１を加圧する付勢手段７と、前記付勢手段７の付勢力を調節する付勢力調節機構Ｓとを備える小型液体供給装置、及びこれを備える水素発生装置。【選択図】図１
2007111670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給する液体を収容する液体収容部と、
その液体収容部を仕切るように配設される可動隔壁部と、
前記液体収容部から前記液体を排出する排出部と
その排出部に設けられる排出抑制部と、
前記可動隔壁部を付勢して前記液体を加圧する付勢手段と、
前記付勢手段の付勢力を調節する付勢力調節機構と、
を備える小型液体供給装置。
【請求項２】
前記可動隔壁部がピストンで構成され、前記付勢手段がそのピストンを一端にて付勢するバネで構成され、前記付勢力調節機構がそのバネの他端を螺合により移動させるネジ部で構成される請求項１に記載の小型液体供給装置。
【請求項３】
前記付勢手段を構成するバネを圧縮した状態で、そのバネの長さが一定以上になるのを防止する伸長防止手段を更に備える請求項２に記載の小型液体供給装置。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか記載の小型液体供給装置と、その小型液体供給装置に前記排出抑制部を介して接続され、水素発生剤を収容するための反応容器とを備える水素発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バネ等を利用した小型液体供給装置、及びこれを備える水素発生装置に関し、特に燃料電池に供給する水素ガスを発生させるための技術として有用である。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、他の発電システムに比べると発電効率が高く、大気を汚染する物質を生成しないという点で注目されているエネルギー源である。燃料電池で発電を行わせるために、カソードへ空気（酸素）を供給し、アノードへ水素を供給する。水素はアノードでの触媒反応によって水素イオン及び電子となり、水素イオンは電解質内を移動し、カソードの触媒反応により酸素と反応して水となる。一方、電子は外部回路を伝わってカソードに移動する。この電子の移動により電気エネルギーが発生することになる。
【０００３】
以上のように、燃料電池には燃料としての水素を供給する必要がある。そこで水素を発生するための装置が種々知られており、例えば、下記特許文献１，２に開示されている。これらはいずれも炭化水素を分解することで水素を発生させるものである。特許文献１，２における水素発生装置は、円筒形の熱供給器と同じく円筒形の反応器により構成されている。
【０００４】
また、下記特許文献３に開示されている水素ガス発生ユニットは、水を収容するためのタンクと、水との化学反応により水素を生成する金属を収容する反応容器と、この反応容器に近接配置される加熱手段と、タンクに収容された水を反応容器に導入するための導入管と、反応容器で生成した水素及び未反応の水をタンク内に導入する戻り管と、タンク内の水素及び水を排出する排出管とを備えている。そしてタンクの水を反応容器に導入するためにポンプを使用しており、これにより、水を反応容器に供給する量を制御している。反応容器は、装置本体内に収容され、加熱手段により密着保持される。これにより、反応容器内に導入された水が加熱されて水蒸気になるとともに、反応容器内の水素ガスを発生させるための反応を促進させることができる。
【０００５】
上記のような水素発生装置において、水を反応容器内に送り込む量を一定に制御するのが望ましい場合がある。例えば、多量の水を送り込むと必要以上の水素ガスが発生してしまうという問題がある。水の送り量を制御（制限）するには、ポンプを用いることが好ましいが、ポンプを収容するスペースや駆動する機構が必要となり、コストアップや装置の大型化の原因となる。特に、水素発生セルをノートパソコンやＰＤＡなどの携帯機器に組み込む場合等は、できるだけ小型化を実現できる構成が要求される。すなわち、ポンプを用いなくても水を供給できるような小型の液体供給装置や、これを備えた水素発生装置が望まれている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−６３１２７号公報
【特許文献２】特開２００４−５９３４０号公報
【特許文献３】特開２００４−１４９３９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、簡易かつ小型の駆動機構によって液体を供給でき、しかも供給の開始操作や供給速度の調節も容易に行うことができる小型液体供給装置、及びこれを備える水素発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。      
即ち、本発明の小型液体供給装置は、供給する液体を収容する液体収容部と、その液体収容部を仕切るように配設される可動隔壁部と、前記液体収容部から前記液体を排出する排出部と
その排出部に設けられる排出抑制部と、前記可動隔壁部を付勢して前記液体を加圧する付勢手段と、前記付勢手段の付勢力を調節する付勢力調節機構と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の小型液体供給装置によると、付勢力調節機構によって付勢手段により可動隔壁部が付勢されて、液体収容部の液体が加圧されるため、排出抑制部から生じた圧力に応じた液体が供給される。その際、付勢力調節機構によって、付勢力の有無や強度が調節できるため、液体供給の開始操作や供給速度の調節を容易に行うことができる。その結果、簡易かつ小型の駆動機構によって液体を供給でき、しかも供給の開始操作や供給速度の調節も容易に行うことができる小型液体供給装置を提供することができる。
【００１０】
上記において、前記可動隔壁部がピストンで構成され、前記付勢手段がそのピストンを一端にて付勢するバネで構成され、前記付勢力調節機構がそのバネの他端を螺合により移動させるネジ部で構成されることが好ましい。この構成によると、ネジ部の螺合の程度によって、バネによるピストンの付勢力を容易に調節することができ、より簡易かつ小型の駆動機構が実現でき、しかも、供給の開始操作や供給速度の調節もより容易に行うことができるようになる。
【００１１】
その際、前記付勢手段を構成するバネを圧縮した状態で、そのバネの長さが一定以上になるのを防止する伸長防止手段を更に備えることが好ましい。バネの伸長を自由にすると、バネが圧縮状態から伸びきる際に、付勢力が殆ど生じないため、液体の供給速度が最後に極端に遅くなるが、この構成によると、供給終了の直前でもバネが圧縮された状態となるため、十分な速度で液体を最後まで供給することができる。液体の総供給量を調節するのも容易になる。
【００１２】
一方、本発明の水素発生装置は、上記いずれか記載の小型液体供給装置と、その小型液体供給装置に前記排出抑制部を介して接続され、水素発生剤を収容するための反応容器とを備えることを特徴とする。本発明の水素発生装置によると、上記の如き作用効果を奏する本発明の小型液体供給装置を備えるので、簡易かつ小型の駆動機構によって水素発生反応のための液体を供給でき、しかも供給の開始操作や供給速度の調節も容易に行うことができるため、反応の開始操作や反応速度の調節も容易に行うことができる水素発生装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の水素発生装置の一例を示す縦断面図であり、本発明の小型液体供給装置が水素発生剤を収容する反応容器と一体化されている例である。まず、本発明の小型液体供給装置について説明する。
【００１４】
本発明の小型液体供給装置は、図１に示すように、供給する液体１を収容する液体収容部２と、その液体収容部２を仕切るように配設される可動隔壁部と、液体収容部２から液体１を排出する排出部５とその排出部５に設けられる排出抑制部６とを備える。本実施形態では、可動隔壁部がピストン３で構成されている例を示す。
【００１５】
液体１は、何れの液体でもよいが、水素発生装置に用いる場合は、水素発生剤１２と反応して水素を発生させる反応液が用いられる。反応液としては、例えば水や酸又はアルカリの水溶液などが挙げられる。
【００１６】
液体収容部２は、ピストン３等の可動隔壁部によって仕切られた状態で、液体１を収容する。可動隔壁部としてピストン３を用いる場合、液体収容部２はピストン３の摺動が可能な内壁２ａを有する。なお、図示した例では、ピストン３と対向する位置に、反応容器１１との隔壁２ｂを有する。
【００１７】
液体収容部２の隔壁２ｂの略中央には、液体１を排出する排出部５が設けられている。排出部５は、液体１の排出速度を抑制する排出抑制部６が設けられる。本実施形態では、内径を小さくしつつ、流路長さを隔壁２ｂの厚みより大きくした細孔によって、排出抑制部６を形成している例を示す。
【００１８】
ピストン３は、内壁２ａとの摺接面にシール材３ａを有しており、シール性を維持しつつ、内壁２ａに対して摺動可能に構成されている。さらに、ピストン３は、フック係止部３ｂを有する。
【００１９】
本発明の小型液体供給装置は、図１に示すように、可動隔壁部を付勢して液体１を加圧する付勢手段と、前記付勢手段の付勢力を調節する付勢力調節機構とを備えることを特徴とする。本実施形態では、前記付勢手段がそのピストン３を一端７ａにて付勢するバネ７で構成され、前記付勢力調節機構がそのバネ７の他端７ｂを螺合により移動させるネジ部Ｓで構成される例を示す。
【００２０】
ネジ部Ｓは、例えば、液体収容部２の周壁を延設して、その内面に形成した雌ネジ部２ｃと、キャップ８の雄ネジ部８ａとで構成される。キャップ８を回転させることにより、キャップ８が図面の上方に移動する。
【００２１】
付勢手段を構成するバネ７は、板バネ等であってもよいが、ピストン３等の可動隔壁部に対して均一な付勢（加圧）を行う上で、コイルバネが好ましい。バネ７の一端７ａは、ピストン３のシール材保持部３ｃの内周面で保持され、バネ７の他端７ｂは、キャップ８のバネ保持部８ｂに保持されている。キャップ８は、更にフック係止部８ｃを有する。
【００２２】
本実施形態では、付勢手段を構成するバネ７を圧縮した状態で、そのバネ７の長さが一定以上になるのを防止する自在フック２１を、伸長防止手段として更に備える例を示す。自在フック２１は、第１フック部材２１ａと第２フック部材２１ｃと、その両者を回転自在かつ屈曲自在に連結するジョイント部材２１ｂとを備える。第１フック部材２１ａと第２フック部材２１ｃとは、各々、フック係止部８ｃとフック係止部３ｂとに引っかけられる。ジョイント部材２１ｂによって、キャップ８の回転が第２フック部材２１ｃに伝達しない構造になっている。
【００２３】
次いで、本発明の小型液体供給装置の動作を説明する。液体の供給開始前には、バネ７の弾性復元力によって自在フック２１が伸びきって直線状になり、バネ７を圧縮した状態で力が釣り合い、バネ７の長さが一定となっている。そして、液体収容部２には、排出抑制部６まで液体１が満たされ、ピストン３は静止している。
【００２４】
キャップ８を回転させて上方に移動させると、バネ７が更に圧縮されて、自在フック２１が曲がるため、バネ７の弾性復元力によってピストン３が付勢され、液体１を加圧する。この圧力によって、排出抑制部６の流動抵抗に抗して、液体１が反応容器１１に供給される。液体１の供給は、自在フック２１が伸びきるまで続き、伸びきった時点で、バネ７による加圧が行えなくなり、液体１の供給が停止する。
【００２５】
再び、キャップ８を回転させることによって、上記のような液体１の供給と停止を繰り返すことができる。
【００２６】
次に、本発明の水素発生装置について説明する。本発明の水素発生装置は、図１に示すように、本発明の小型液体供給装置と、その小型液体供給装置に排出抑制部６を介して接続され、水素発生剤１２を収容するための反応容器１１とを備えるものである。本実施形態では、液体収容部２の周壁を延設して、反応容器１１を一体的に形成している例を示す。
【００２７】
水素発生剤１２としては、水等の反応液と反応して水素を発生する金属、例えばＦｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｉなどから選ばれる１種以上の金属の粒子や、これらが部分的に酸化された金属の粒子が挙げられる。また、水素発生剤は触媒成分やアルカリ土類金属酸化物、カーボンブラック等を含むものであってもよい。水素発生剤は、粉末状であってもよく、造粒、又はタブレット化したものであってもよい。
【００２８】
液体１として供給される反応液としては、水素発生剤と反応して水素を発生させるものであれば何れでもよく、例えば水や、酸等を含む水溶液などが挙げられる。
【００２９】
［他の実施形態］
以下、本発明の他の実施形態について説明する。
【００３０】
（１）前述の実施形態では、可動隔壁部がピストンで構成されている例を示したが、本発明では、図２〜図３に示すように、ダイヤフラム４などを用いて可動隔壁部を構成してもよい。ダイヤフラム４としては、可とう性を有するゴム、エラストマーなどが好ましい。また、バネ７からの付勢力をダイヤフラム４にできるだけ均一に伝達するために、図３に示すように、ダイヤフラム４に支持部材４ａを付着してもよい。
【００３１】
（２）前述の実施形態では、付勢手段がバネで構成されている例を示したが、本発明では、図２に示すように、スポンジ等の多孔質弾性体２５や、ゴム、エラストマー等の弾性体で付勢手段を構成してもよい。図２に示す例では、多孔質弾性体２５が空間に隙間なく設けられているが、特に、通常の弾性体を使用する場合は、空間の一部に弾性体を設けるのが、適度な付勢力を得る上で好ましい。
【００３２】
（３）前述の実施形態では、付勢力調節機構がバネの他端を螺合により移動させるネジ部で構成される例を示したが、本発明における付勢力調節機構は、単純なスライド機構などで構成することもでき、例えば図２に示すように、キャップ８の押し込みによって付勢力を調節するようにしてもよい。図示した例では、キャップ８に係合凹部８ｄを設けると共に、液体収容部２の周壁を延設した部分に係合凸部２ｄを設けておき、キャップ８の押し込みによって、キャップ８の位置が固定される機構を有する。
【００３３】
（４）前述の実施形態では、排出部に設けられる排出抑制部が細孔で構成される例を示したが、本発明における排出抑制部は、図２〜図３に示すように、液体の排出が抑制可能なものであれば何れの手段であってもよい。
【００３４】
図２に示すものは、コック弁型の排出抑制部６であり、細孔６ａを設けた弁部６ｂがコック６ｃを回転させることによって回転し、細孔６ａが部分的に塞がることによって、液体１の排出速度をコントロールすることができる。
【００３５】
図３に示すものは、液体１に対して撥水性を有する多孔質膜２６とこれを支持する多孔板２７によって、排出抑制部６を抑制している。撥水性を有する多孔質膜２６は、液体１に一定以上の圧力がかからないと、液体１を透過しない性質を有しており、キャップ８の回転により、一定以上の圧力を生じさせることによって、液体１を反応容器１１に供給することができる。
【００３６】
このような多孔質膜２６は、主にその平均孔径によって、液体１の透過が可能な圧力が決定される。このため、本発明では多孔質膜２６の平均孔径は、０．１〜５μｍが好ましい。また、高分子多孔質膜の厚みは１０〜１００μｍが好ましい。多孔質膜２６の材質としては、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン、ポリウレタン、シリコーン樹脂などが挙げられる。
【００３７】
（５）前述の実施形態では、伸長防止手段として自在フックを設ける例を示したが、本発明の伸長防止手段は、付勢手段を構成するバネを圧縮した状態で、そのバネの長さが一定以上になるのを防止するものであれば何れでもよい。例えば、ワイヤ、チェーンなどでもよく、また、付勢手段自身がそのような機能を有していてもよい。更に、図４に示すような係止機構２８を可動隔壁部とキャップとから垂設してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の水素発生装置の一例を示す縦断面図
【図２】本発明の小型液体供給装置の他の例を示す縦断面図
【図３】本発明の水素発生装置の他の例を示す縦断面
【図４】本発明の小型液体供給装置における伸長防止手段の他の例を示す斜視面
【符号の説明】
【００３９】
１    液体
２    液体収容部
２ｃ  雌ネジ部
２ｄ  係合凸部
３    ピストン（可動隔壁部）
３ｂ  フック係止部
４    ダイヤフラム
５    排出部
６    排出抑制部
７    バネ（付勢手段）
７ａ  一端
７ｂ  他端
８    キャップ
８ａ  雄ネジ部
８ｂ  バネ保持部
８ｃ  フック係止部
１１    反応容器
１２    水素発生剤
２１    自在フック
２５    多孔質弾性体（付勢手段）
２６    多孔質膜
２７    多孔板
２８    係止機構
Ｓ    付勢力調節機構
【図１】
2007111670.tif 000003
【図２】
2007111670.tif 000004
【図３】
2007111670.tif 000005
【図４】
2007111670.tif 000006